海洋

（中國鐵路信息技術中心，北京 100844）

數(shù)據(jù)復制技術在鐵路電子支付平臺中的應用

海洋

（中國鐵路信息技術中心，北京 100844）

分析基于存儲復制、基于邏輯卷（LV）復制、基于文件復制和基于事務復制等的數(shù)據(jù)復制技術及其優(yōu)缺點。針對數(shù)據(jù)復制技術的選擇進行調研和測試，選擇采用SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件。分析SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件特點，從數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)應用方面論述數(shù)據(jù)復制過程。闡述和分析SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件在鐵路電子支付平臺數(shù)據(jù)容災中的應用，為驗證鐵路電子支付平臺數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)的有效性，對其數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)進行正反向切換演練。

數(shù)據(jù)復制技術；鐵路；電子支付平臺；鐵路客票；數(shù)據(jù)庫容災

0 引言

鐵路電子支付平臺自2011年1月正式上線運行，6年來其支持的交易種類不斷增加，目前基于客運支付的互聯(lián)網(wǎng)交易、手機WAP交易、POS交易、TVM交易、閘機交易、卡務交易的應用已進入平穩(wěn)運行階段。鐵路電子支付平臺的應用，標志著鐵路客票銷售方式進入了一個新階段[1]。這種新的售票方式很快被大眾接受，其中互聯(lián)網(wǎng)交易和手機交易成為出行買票的首選方式。隨著時間的推移，通過12306網(wǎng)站和手機客戶端售出的車票呈現(xiàn)快速增長趨勢，目前每天超過500萬張，占每天全路客票銷售量的60%以上。Oracle作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的核心組成部分，存儲了所有的實時交易信息和銀行對賬信息，一旦其出現(xiàn)故障且不能盡快恢復，將導致電子支付平臺無法正常運行，影響旅客購票和出行，造成不良的社會輿論影響[2]。因此，數(shù)據(jù)庫的安全運行至關重要。由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫備份恢復機制無法做到實時備份和恢復，恢復點目標（RPO）和恢復時間目標（RTO）不易控制，并存在數(shù)據(jù)丟失的可能性，因此無法滿足數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可靠性要求。引入數(shù)據(jù)容災系統(tǒng)有以下作用：實現(xiàn)數(shù)據(jù)級的容災，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和容災數(shù)據(jù)庫的實時同步；將容災數(shù)據(jù)庫設置為打開狀態(tài)，為應用提供查詢和報表生成業(yè)務，分擔生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的壓力；可保證RPO＜1 min，RTO＜5 min；支持數(shù)據(jù)的雙向復制；實現(xiàn)快速、安全的正向和反向切換。數(shù)據(jù)容災系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)的可靠性、應用的連續(xù)性和數(shù)據(jù)庫的可用性，保證了數(shù)據(jù)庫的安全運行。

1 常見數(shù)據(jù)復制技術

數(shù)據(jù)容災基于數(shù)據(jù)復制技術實現(xiàn)，數(shù)據(jù)復制是使用復制軟件將源端的數(shù)據(jù)從一個服務器（或存儲）實時地傳輸?shù)侥繕硕肆硪粋€服務器（或存儲），這樣相當于對源端的數(shù)據(jù)進行了鏡像，進而達到容災的目的。因復制啟動時機不同，數(shù)據(jù)復制可分為異步復制和同步復制。異步復制必須等待目標端返回確認信號后才可進行實時復制；同步復制無需等待目標端返回確認信號即可進行實時復制。根據(jù)不同的復制對象以及復制對象所處的層級，數(shù)據(jù)復制可分為基于存儲復制、基于邏輯卷（LV）復制、基于文件復制、基于事務復制。

1.1 基于存儲復制

基于存儲復制通常采用同步復制技術，復制對象為存儲中的變化塊（block），相當于對存儲做鏡像。其優(yōu)點是實施簡單、復制速度快、對服務器影響小、日常維護管理方便易行；缺點是復制時無論好塊或壞塊均進行復制，且目標端數(shù)據(jù)庫必須處于CLOSE狀態(tài)，不能驗證目標端數(shù)據(jù)庫與源端數(shù)據(jù)庫的一致性。因此，當生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障需要切換到容災數(shù)據(jù)庫時，很可能發(fā)生容災數(shù)據(jù)庫無法啟動狀況?；诖鎯椭埔话闶亲鳛閿?shù)據(jù)容災的補充手段。

1.2 基于邏輯卷（LV）復制

基于邏輯卷（LV）復制一般采用同步復制技術，復制對象為LV中的變化塊，相當于對LV做鏡像。其對系統(tǒng)的I/O影響較大，并與基于存儲復制一樣，復制時無論好塊或壞塊均進行復制，且目標端數(shù)據(jù)庫必須處于CLOSE狀態(tài)，不能驗證目標端數(shù)據(jù)庫與源端數(shù)據(jù)庫的一致性。因此，當生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障需要切換到容災數(shù)據(jù)庫時，很可能發(fā)生容災數(shù)據(jù)庫無法啟動狀況。大型數(shù)據(jù)庫的容災很少采用基于邏輯卷（LV）復制。

1.3 基于文件復制

基于文件復制一般采用異步復制技術，復制對象為文件系統(tǒng)中的文件I/O。復制過程是在源端捕獲應用文件的I/O，并緩存起來，等緩存達到一定量時，通過傳輸隊列傳輸?shù)侥繕硕?，再寫入目標端存儲，完成一次復制，相當于對文件的拷貝。其缺點是復制時無論好塊或壞塊均進行復制，且目標端數(shù)據(jù)庫必須處于CLOSE狀態(tài)，不能驗證目標端數(shù)據(jù)庫與源端數(shù)據(jù)庫的一致性。因此，當生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障需要切換到容災數(shù)據(jù)庫時，很可能發(fā)生容災數(shù)據(jù)庫無法啟動狀況。

1.4 基于事務復制

基于事務復制通常采用異步復制技術，復制對象為數(shù)據(jù)庫中的變化數(shù)據(jù)。復制過程是源端的捕獲進程通過解析源端數(shù)據(jù)庫Redo Log和Archive Log找到變化的數(shù)據(jù)，然后捕獲進程把變化的數(shù)據(jù)放到傳輸隊列中，再經(jīng)由傳輸進程發(fā)送到目標端，目標端的接收進程把收到的數(shù)據(jù)寫入目標端隊列，加載進程按照事物的邏輯順序對接收到的數(shù)據(jù)進行排序，最后把數(shù)據(jù)加載到目標數(shù)據(jù)庫中?；谑聞諒椭瓶杀ＷC源端和目標端數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性，同時目標端數(shù)據(jù)庫處于正常OPEN狀態(tài)。當源端的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障無法對外提供服務時，可直接使用目標端的數(shù)據(jù)庫恢復業(yè)務，RTO接近于零?；诖鎯椭?、基于邏輯卷（LV）復制、基于文件復制和基于事務復制技術的對比見表1。

表1 基于存儲復制、基于邏輯卷（LV）復制、基于文件復制和基于事務復制技術的對比

綜上所述，基于事務復制可最大程度保證事務的一致性，源端和目標端的數(shù)據(jù)庫同時可用，是現(xiàn)今最常采用的數(shù)據(jù)復制技術之一。

2 數(shù)據(jù)復制軟件選擇

在選擇數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)時進行了大量調研和測試，最終選擇采用美國Dell股份有限公司的SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件，其邏輯結構見圖1。SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件對網(wǎng)絡帶寬要求低，可跨不同操作系統(tǒng)平臺和不同Oracle版本的Oracle數(shù)據(jù)庫，實時復制速度快，可滿足用戶對應用和數(shù)據(jù)庫的高可用性、災難恢復、生產(chǎn)與報表分離等要求，安裝配置和日常維護簡單易行，售后服務及時完善。與其他主流的數(shù)據(jù)庫復制產(chǎn)品相比，SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件特點如下。

圖1 SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件邏輯結構

（1）對數(shù)據(jù)庫無侵入性，采用基于讀取Oracle日志的邏輯復制方式，支持9i以上所有數(shù)據(jù)庫版本，不需要查詢Oracle數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)。

（2）不需要在生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建觸發(fā)器即可支持絕大部分DDL操作的復制，所有DDL操作均從日志中捕捉。

（3）支持目標端的表增加記錄額外信息的列，包括操作類型（Insert/Update/Delete）、操作時間、SCN、RowID、事務ID、事務順序號、源端代碼等。

（4）支持對源端事務的選擇性復制，既可指定源端的某個事務不被復制到目標端，也可指定源端某個用戶的所有DML、DDL操作不被復制到目標端。

（5）具有復制過程中自動校驗功能，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致情況時，復制軟件可選擇停止復制或記錄不一致數(shù)據(jù)后繼續(xù)復制，并發(fā)出報警信息。

（6）可保證目標端事務與源端的一致性，不會對生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的事務進行拆分或合并。

（7）支持所有常見的各種共享文件系統(tǒng)，包括Oracle的自動存儲管理（ASM）。

（8）支持所有的Oracle數(shù)據(jù)類型，包括Bfile、XML等。

（9）支持特殊表名，如以數(shù)字開頭或大小寫敏感的表名。

（10）復制是在事務開始后進行，無論復制大事務或小事務，可確保數(shù)據(jù)的實時性，所有事務與源端完全一致。

（11）從容災端向生產(chǎn)端回切時，業(yè)務系統(tǒng)可快速反向回切，不需要對恢復正常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)全同步或重新部署復制軟件，僅需將容災數(shù)據(jù)庫中的增量數(shù)據(jù)回寫到生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中即可完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的恢復工作。

（12）數(shù)據(jù)的復制粒度靈活多樣，可通過用戶級、表級、列級過濾、表級過濾實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫容災、報表、數(shù)據(jù)隱藏、分發(fā)等。在復制模式上，支持單向復制、雙向復制、廣播復制、合并復制等。

數(shù)據(jù)復制過程主要包括以下三方面：一是數(shù)據(jù)捕獲（Capture&Read）。捕獲進程位于源端，通過讀取數(shù)據(jù)庫Redo Log和Archive Log中的信息獲取變化的數(shù)據(jù)，并將其放到傳輸隊列中。由于是從數(shù)據(jù)庫的日志文件中獲取信息，因此捕獲進程不會對數(shù)據(jù)庫的性能產(chǎn)生影響。假如捕獲進程由于某些原因宕掉，重新啟動后復制不會受到影響。二是數(shù)據(jù)傳輸（Export&Import）。傳輸進程是使用復制技術本身的協(xié)議和TCP/IP協(xié)議將傳輸隊列中的數(shù)據(jù)發(fā)送到目標端，同時可保證傳輸過程中數(shù)據(jù)包的順序是正確的，并確保目標端正確接收數(shù)據(jù)，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量過大，可分成多個傳輸隊列進行傳輸。三是數(shù)據(jù)應用（Post）。應用進程從傳輸隊列中取出數(shù)據(jù)并轉化為SQL語句，再提交到數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行。

3 SharePlex數(shù)據(jù)復制軟件在鐵路電子支付平臺數(shù)據(jù)容災中的應用

鐵路電子支付平臺使用的數(shù)據(jù)庫版本是Oracle 11G，并采用RAC架構提高數(shù)據(jù)庫的可靠性。生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫按業(yè)務類型分為交易數(shù)據(jù)庫和對賬數(shù)據(jù)庫。交易數(shù)據(jù)庫主要承擔售票、退票等支付業(yè)務，對賬數(shù)據(jù)庫主要承擔交易記錄查詢、銀行對賬、月/季/年報表生成等查詢和管理業(yè)務。容災數(shù)據(jù)庫與生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫采用相同的架構。生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫與容災數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同步由數(shù)據(jù)復制軟件完成。同時為交易數(shù)據(jù)庫與對賬數(shù)據(jù)庫中的一些數(shù)據(jù)量很大的表，建立單獨的傳輸隊列，以保證數(shù)據(jù)復制的速度。數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)自2014年初建成運用以來，運行平穩(wěn)、復制延遲小、速度快，基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時復制，日常維護簡單易行，達到設計目的，保證了數(shù)據(jù)的安全[3]。數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)架構見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)架構

4 數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)切換演練

2014年10月28日和30日，鐵路電子支付平臺數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)進行了正向和反向切換演練，其數(shù)據(jù)復制軟件的切換時間不到5 min，極大壓縮了系統(tǒng)整體的切換時間。數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)在10月28—29日承擔了實際的電子支付交易業(yè)務，其運行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)因數(shù)據(jù)庫容災系統(tǒng)處理能力不足導致業(yè)務響應慢等問題，保證了鐵路售票系統(tǒng)的安全。

[1] 李天翼，王明哲，王芳. 鐵路客票系統(tǒng)電子支付關鍵技術的研究[J]. 中國鐵路，2012(6)：51-55.

[2] 祝詠升，姚洪磊. 鐵路客票系統(tǒng)信息安全保障平臺測評體系研究[J]. 中國鐵路，2013(10)：70-72.

[3] 姚洪磊，李紅建，張彥，等. 鐵路客運服務系統(tǒng)信息安全測試方法研究[J]. 鐵路計算機應用，2013，22(3)：1-4.

Application of Data Replication Technologies in Railway Electronic Payment Platform

HAI Yang
（China Railway Information Technology Center，Beijing 100844，China）

This paper analyzes data replication technologies based on storage replication, logical volume (LV) replication, file replication and transaction replication, and their advantages and disadvantages. For choosing data replication technologies, researches and tests are carried out, and SharePlex data replication software is chosen and used. The paper analyzes the characteristics of the software and the data replication process from data capturing, data transmission, and data application. It also describes and analyzes the application of SharePlex data replication software in the data disaster tolerance of railway electronic payment platform. In order to verify the effectiveness of the disaster tolerance system of railway electronic payment platform database, forward and reverse switches of the system are carried out.

data replication technologies；railway；electronic payment platform；railway passenger ticket；database disaster tolerance

U26；TP277

A

1001-683X（2017）03-0088-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.03.088

苑曉蒙

2017-01-02

海洋（1975—），男，工程師。E-mail：haiyang@sinorail.com